EP2508753B1 - Kompakte Getriebe-Generator-Einheit für Windenergieanlagen - Google Patents

Kompakte Getriebe-Generator-Einheit für Windenergieanlagen Download PDF

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EP2508753B1
EP2508753B1 EP11161449.1A EP11161449A EP2508753B1 EP 2508753 B1 EP2508753 B1 EP 2508753B1 EP 11161449 A EP11161449 A EP 11161449A EP 2508753 B1 EP2508753 B1 EP 2508753B1
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EP
European Patent Office
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generator
drive train
shaft
transmission
cooling circuit
Prior art date
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Active
Application number
EP11161449.1A
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EP2508753A1 (de
Inventor
Alfons Böing
Ralf Martin Dinter
Jürgen DRABER
Arne GRÜNING
Oliver Memminger
Axel MÖHLE
Friedrich SCHÖBERL
Roland Zeichfüßl
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F03D15/10—Transmission of mechanical power using gearing not limited to rotary motion, e.g. with oscillating or reciprocating members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a drive train for a wind turbine with a transmission having a transmission housing and connected via a slow-speed drive shaft with a wind rotor or connectable, and a generator having a fixedly connected to the transmission housing generator housing, in which at least one stator and at least one rotor are provided, wherein the rotor is coupled to a gearbox mounted on the high-speed output shaft of the transmission.
  • Drive trains for wind turbines are known and are used to convert the rotational energy of the wind rotor set in motion by wind via a generator coupled to the wind rotor into electrical energy.
  • the wind rotor typically reaches speeds in the range of about 10 to 20 min -1 .
  • a large part of the existing wind turbines is equipped with high-speed generators with a speed of 1000 to 2000 min -1 .
  • a multi-stage transmission is interposed, which is generally referred to in combination with the generator as a drive train.
  • the two drive rod components are designed essentially independently of each other and connected to each other via conventional couplings.
  • the disadvantage here is that the drive train requires a relatively large amount of space and has a complex design due to the large number of components.
  • generators are also used, which are gearless coupled to the wind rotor.
  • the generator is driven directly by the wind rotor.
  • the disadvantage here is that due to the high torque which is introduced directly from the wind rotor into the generator, the generator and in particular the rotor of the generator has a comparatively large diameter. This is accompanied by a comparatively large design and a high weight of the drive train.
  • a third concept is to rigidly connect the generator and transmission together to form a driveline component to provide a compact wind turbine turbine-generator unit.
  • a drive train is for example in the EP 2 216 547 A2 described.
  • the drive train known from this publication for a wind turbine has a gearbox with a gear housing, which is connected via a slowly running drive shaft with a wind rotor.
  • a generator is provided which has a fixedly connected to the transmission housing generator housing.
  • a rotor of the generator is driven via a sun gear shaft of the transmission.
  • This driveline also has a gearbox with a gear housing, which is connected via a slow-running drive shaft with a wind rotor. Furthermore, a generator is provided, which has a fixedly connected to the gear housing generator housing, wherein in the transition region between the two housings, a connection frame is provided.
  • Object of the present invention is therefore to provide a compact drive train for wind turbines, which allows an efficient power flow between the transmission and the generator housing.
  • the invention is therefore based on the consideration to optimize the frictional connection between the transmission and the generator by shafts formed as short as possible.
  • the invention proposes to arrange in the generator housing a to the output shaft of the transmission coaxially arranged generator shaft, which is mounted on the generator housing.
  • About connecting flanges, which are arranged at the mutually facing ends of the two shafts, the generator shaft and the output shaft of the transmission are rotatably connected to each other.
  • the flange connection makes it possible to dispense with a second bearing of the generator shaft, since the generator shaft is supported on the output shaft via the flange connection.
  • this embodiment allows the use of a particularly short trained output and generator shaft, whereby the influence of torsional forces acting on the waves is minimized. This allows the two waves are designed to be lighter overall.
  • the invention proposes to electrically isolate the gearbox from the generator by providing electrical insulation between the two connecting flanges.
  • the connecting flange of the output shaft form fit, in particular by means of shaft / hub connection, sitting on the output shaft.
  • This form of non-rotatable connection is particularly easy to manufacture.
  • the drive shaft and / or the output shaft and / or the generator shaft are formed as hollow shafts. This makes it possible for further components, in particular a system for pitch control of the rotor blades, to be accommodated in the hollow shafts.
  • the stator has a stator cooling circuit.
  • the heat generated in the operation of the generator in the region of the stator can be derived in this way. This allows the stator to always operate in its optimum operating temperature range.
  • the stator cooling circuit can extend along the circumferential direction of the stator, and in particular be formed on its outer region.
  • the stator cooling circuit is formed of a plurality of annular coolant channels.
  • the rotor has a rotor cooling circuit.
  • This is preferably thermally coupled with the pointing away from the stator outer surface of the stator cooling circuit such that a heat exchange between the two cooling circuits takes place. This makes it possible to dissipate the heat generated in the operation of the generator in the region of the rotor via the rotor cooling circuit.
  • the thermal coupling allows heat exchange between the two cooling circuits, so that a re-cooling of the rotor cooling circuit is ensured by the stator cooling circuit.
  • a wave fan In order to drive the rotor cooling circuit, a wave fan can be provided, which sits on the generator shaft.
  • the existing rotational energy of the generator shaft can be used in a simple manner to drive the rotor cooling circuit.
  • the transmission may have a transmission cooling circuit.
  • the transmission cooling circuit is fluidly connected to the stator or rotor cooling circuit.
  • a cooling of the transmission is possible, which is coupled in particular with one of the two cooling circuits of the generator in order to optimize the energy consumption of the drive train.
  • a water-containing coolant can be provided as the cooling medium of the stator and / or the rotor and / or the transmission cooling circuit.
  • a water-containing coolant, in particular with an antifreeze is particularly suitable.
  • At least part of the transmission housing is filled with a lubricating medium, in particular an oil-containing lubricating medium. This ensures adequate lubrication of the transmission.
  • the electrical insulation between the two connecting flanges can be formed oil and grease repellent.
  • a brake system for the generator shaft is provided on the side wall of the generator housing pointing away from the transmission, and in particular that the generator shaft carries a brake disk cooperating with the brake system.
  • the generator is designed as a permanent-magnet-excited generator. This eliminates the excitation power and the efficiency of the generator is increased. With the high power density also reduces the mass of the generator for a given power, so that a total of a more compact design is achieved.
  • the generator may be formed as an internal rotor.
  • This embodiment is particularly efficient and easy to produce in high-performance wind turbines.
  • the generator can also be designed as an external rotor.
  • FIG. 1 shows a section of a drive train 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a drive train 1 is a component of a wind turbine and converts rotational energy of a wind rotor, not shown, into electrical energy.
  • the drive train 1 consists of a transmission 2 with a transmission housing 3 and a permanent-magnet-excited generator 4, which has a generator housing 5 fixedly connected to the transmission housing 3.
  • the transmission 2 is connected via a slow-running drive shaft, not shown, with the wind rotor and converts in a conventional manner, the low speed and the high torque of the drive shaft in a high speed and low torque.
  • the transmission 4 On the output side, the transmission 4 has a high-speed output shaft 6, which is rotatably connected to a generator shaft 7 of the generator 4. At the mutually facing ends of the two shafts 6, 7 connecting flanges 8a, 8b are arranged, which have between them an unillustrated electrical insulation, which is additionally formed oil repellent. With the generator shaft 7, a rotor 9 is connected, which is rotatably held relative to a fixed stator 10 to convert the rotational energy of the generator shaft 7 into electrical energy in a conventional manner.
  • the partially filled with an oil-containing lubricant transmission housing 3 encloses at least one planetary gear stage with a sun gear 11 through which the Output shaft 6 is driven.
  • the output shaft 6 is formed as a hollow shaft and carries at its pointing to the generator shaft 7 end portion a hub 12 which is rotatably connected by a short toothing with the output shaft 6. Via the hub 12, the output shaft 6 is supported by two tapered roller bearings 13 on the transmission housing 3. At this end region of the connecting flange 8a with the hub 12 is rotatably connected via positive locking.
  • a seal 14 is provided, which is designed here as a labyrinth seal.
  • the generator shaft 7 is arranged coaxially with the output shaft 6 of the transmission 2 and also designed as a hollow shaft. At its transmission far end, the generator shaft 7 is mounted on the generator housing 5 via a rolling bearing 15. At this area of the generator housing 5 and a brake system 16 is arranged for the generator shaft 7, which cooperates with a mounted on the transmission far end of the generator shaft 7 brake disk 17.
  • the rotor 9 connected to the generator shaft 7 has a plurality of spokes.
  • an external rotor can also be provided.
  • the generator 4 comprises two separate cooling circuits 18, 19, which are each filled with a water-containing coolant.
  • an inner cooling circuit marked by arrows K the so-called rotor cooling circuit 18, flows through the clearance between the spokes of the rotor 9 and via a shaft fan, not shown, which is attached to the generator shaft, via the radially outer region the generator housing 5 between the outer wall of the generator housing 5 and the stator 10 is returned.
  • a second cooling circuit is designed as a water jacket cooling along the circumferential direction of the stator 10 at its outer region.
  • the stator cooling circuit 19 has a plurality of annular coolant channels 20 connected to one another in liquid-conducting fashion, which form a closed cooling circuit via two water connections (not shown).
  • the transmission 2 may have a cooling circuit which is connected via the two water connections of the stator cooling circuit 19 thereto.
  • the rotor cooling circuit 18 is thermally coupled along the outer surface of the Statorkühlniklaufes 19 with this, that a heat exchange between the two cooling circuits 18, 19 takes place.
  • the heat generated during operation of the generator 4 is dissipated in the region of the stator 10 via the stator cooling circuit 19 and in the region of the rotor 9 via the rotor cooling circuit 18. Due to the thermal coupling of the two cooling circuits 18, 19 there is a heat exchange between the two cooling circuits 18, 19.
  • the wind rotor speed at wind gusts can be kept within the desired speed tolerance range or the wind rotor can be determined for maintenance work.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Triebstrang für eine Windenergieanlage mit einem Getriebe, das ein Getriebegehäuse aufweist und über eine langsam laufende Antriebswelle mit einem Windrotor verbunden oder verbindbar ist, und einem Generator, der ein mit dem Getriebegehäuse fest verbundenes Generatorgehäuse aufweist, in dem wenigstens ein Stator und wenigstens ein Rotor vorgesehen sind, wobei der Rotor mit einer an dem Getriebegehäuse gelagerten schnell laufenden Abtriebswelle des Getriebes gekoppelt ist.
  • Triebstränge für Windenergieanlagen sind bekannt und werden eingesetzt, um die Rotationsenergie des durch den Wind in Bewegung gesetzten Windrotors über einen mit dem Windrotor gekoppelten Generator in elektrische Energie umzuwandeln. Dabei erreicht der Windrotor typischerweise Drehzahlen im Bereich von etwa 10 bis 20 min-1.
  • Ein großer Teil der bestehenden Windenergieanlagen ist mit schnell laufenden Generatoren mit einer Drehzahl von 1000 bis 2000 min-1 ausgestattet. Zur Übersetzung der relativ langsamen Drehzahl des Windrotors auf die Generatordrehzahl wird ein mehrstufiges Getriebe zwischengeschaltet, das in Kombination mit dem Generator allgemein als Triebstrang bezeichnet wird. Die beiden Triebstangkomponenten werden im Wesentlichen unabhängig voneinander ausgelegt und über konventionelle Kupplungen miteinander verbunden.
  • Nachteilig hierbei ist, dass der Triebstrang einen vergleichsweise hohen Platzbedarf benötigt und aufgrund der Vielzahl an Bauteilen eine komplexe Bauform aufweist.
  • Neben der klassischen Getriebelösung werden auch Generatoren eingesetzt, die getriebelos mit dem Windrotor gekoppelt sind.
  • Bei dieser Bauform wird der Generator direkt durch den Windrotor angetrieben.
  • Nachteilig hierbei ist, dass aufgrund des hohen Drehmomentes, welches direkt aus dem Windrotor in den Generator eingeleitet wird, der Generator und insbesondere der Rotor des Generators einen vergleichsweise großen Durchmesser aufweist. Dies geht einher mit einer vergleichsweise großen Bauform und einem hohen Gewicht des Triebstrangs.
  • Ein drittes Konzept sieht vor, den Generator und das Getriebe fest zu einer Triebstrangkomponente miteinander zu verbinden, um eine kompakte Getriebe-Generator-Einheit für Windenergieanlagen zu erhalten. Ein solcher Triebstrang ist beispielsweise in der EP 2 216 547 A2 beschrieben. Der aus dieser Druckschrift bekannte Triebstrang für eine Windenergieanlage weist ein Getriebe mit einem Getriebegehäuse auf, das über eine langsam laufende Antriebswelle mit einem Windrotor verbunden ist. Weiterhin ist ein Generator vorgesehen, der ein fest mit dem Getriebegehäuse verbundenes Generatorgehäuse aufweist. Ein Rotor des Generators wird über eine Sonnenradwelle des Getriebes angetrieben. Durch den sich gegenüber einem feststehenden Stator drehenden Rotor wird in an sich bekannter Weise die Rotationsenergie des Windrotors in elektrische Energie umgewandelt.
  • Ein weiterer Triebstrang der eingangs genannten Art ist aus der WO 2010/027618 A2 vorbekannt. Dieser Triebstrang weist ebenfalls ein Getriebe mit einem Getriebegehäuse auf, das über eine langsam laufende Antriebswelle mit einem Windrotor verbunden ist. Weiterhin ist ein Generator vorgesehen, der ein mit dem Getriebegehäuse fest verbundenes Generatorgehäuse aufweist, wobei im Übergangsbereich zwischen beiden Gehäusen ein Verbindungsrahmen vorgesehen ist.
  • Ein weiterer Triebstrang ist in der Druckschrift WO 2007/107158 A1 offenbart.
  • An diesen Ausgestaltungen wird zum Teil als nachteilig empfunden, dass zwischen dem Sonnenrad und dem Rotor ein vergleichsweise großer Hebelarm herrscht, der den Kraftfluss zwischen dem Getriebe und dem Generator negativ beeinflusst.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen kompakten Triebstrang für Windenergieanlagen bereitzustellen, der einen effizienten Kraftfluss zwischen dem Getriebe und dem Generatorgehäuse erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Triebstrang nach Anspruch 1 gelöst.
  • Der Erfindung liegt somit die Überlegung zugrunde, den Kraftschluss zwischen dem Getriebe und dem Generator durch möglichst kurz ausgebildete Wellen zu optimieren.
  • Hierzu schlägt die Erfindung vor, in dem Generatorgehäuse eine zu der Abtriebswelle des Getriebes koaxial angeordnete Generatorwelle anzuordnen, die an dem Generatorgehäuse gelagert ist. Über Verbindungsflansche, die an den zueinander weisenden Enden der beiden Wellen angeordnet sind, sind die Generatorwelle und die Abtriebswelle des Getriebes drehfest miteinander verbunden. Die Flanschverbindung ermöglicht, auf eine zweite Lagerung der Generatorwelle zu verzichten, da sich die Generatorwelle über die Flanschverbindung an der Abtriebswelle abstützt. Darüber hinaus ermöglicht diese Ausgestaltungsform den Einsatz einer besonders kurz ausgebildeten Abtriebs- und Generatorwelle, wodurch der Einfluss von auf die Wellen einwirkenden Torsionskräften minimiert wird. Dadurch können die beiden Wellen insgesamt leichter ausgelegt werden. Des Weiteren schlägt die Erfindung vor, das Getriebe gegenüber dem Generator elektrisch zu isolieren, indem zwischen den beiden Verbindungsflanschen eine elektrische Isolierung vorgesehen ist.
  • In bevorzugter Weise kann der Verbindungsflansch der Abtriebswelle formschlüssig, insbesondere mittels Welle/Nabeverbindung, auf der Abtriebswelle sitzen. Diese Form der drehfesten Verbindung ist besonders einfach herzustellen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle und/oder die Generatorwelle als Hohlwellen ausgebildet sind. Dies ermöglicht, dass weitere Bauteile, insbesondere eine Anlage zur Pitchsteuerung der Rotorblätter in den Hohlwellen untergebracht werden kann.
  • Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Triebstrangs weist der Stator einen Statorkühlkreislauf auf. Die im Betrieb des Generators entstehende Wärme im Bereich des Stators kann auf diese Weise abgeleitet werden. Dies ermöglicht, dass der Stator stets in seinem optimalen Betriebstemperaturbereich betrieben werden kann.
  • Um einen möglichst effizient arbeitenden Statorkühlkreislauf bereitzustellen, kann sich der Statorkühlkreislauf entlang der Umfangsrichtung des Stators erstrecken, und insbesondere an dessen Außenbereich ausgebildet sein. In bevorzugter Weise ist der Statorkühlkreislauf aus mehreren ringförmigen Kühlmittelkanälen gebildet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Rotor einen Rotorkühlkreislauf auf. Dieser ist in bevorzugter Weise mit der von dem Stator wegweisenden Außenfläche des Statorkühlkreislaufs thermisch derart gekoppelt, dass ein Wärmeaustausch zwischen beiden Kühlkreisläufen stattfindet. Dies ermöglicht, die im Betrieb des Generators entstehende Wärme im Bereich des Rotors über den Rotorkühlkreislauf abzuleiten. Darüber hinaus ermöglicht die thermische Kopplung einen Wärmeaustausch zwischen beiden Kühlkreisläufen, so dass eine Rückkühlung des Rotorkühlkreislaufs durch den Statorkühlkreislauf gewährleistet wird.
  • Um den Rotorkühlkreislauf anzutreiben, kann ein Wellenlüfter vorgesehen sein, der auf der Generatorwelle sitzt. Somit kann die vorhandene Rotationsenergie der Generatorwelle auf einfache Art und Weise eingesetzt werden, um den Rotorkühlkreislauf anzutreiben.
  • Des Weiteren kann das Getriebe einen Getriebekühlkreislauf aufweisen. In bevorzugter Weise ist der Getriebekühlkreislauf mit dem Stator- oder Rotorkühlkreislauf flüssigkeitsleitend verbunden. Dadurch ist eine Kühlung des Getriebes möglich, die insbesondere mit einem der beiden Kühlkreisläufe des Generators gekoppelt ist, um den Energiebedarf des Triebstrangs zu optimieren.
  • In zweckmäßiger Weise kann als Kühlmedium des Stator- und/oder des Rotor- und/oder des Getriebekühlkreislaufes jeweils ein wasserhaltiges Kühlmittel vorgesehen sein. Ein wasserhaltiges Kühlmittel insbesondere mit einem Frostschutzmittel ist besonders geeignet.
  • In bevorzugter Weise ist zumindest ein Teil des Getriebegehäuses mit einem Schmiermedium, insbesondere einem ölhaltigen Schmiermedium gefüllt. Dies gewährleistet eine ausreichende Schmierung des Getriebes.
  • Weiterhin kann die elektrische Isolierung zwischen den beiden Verbindungsflanschen öl- und fettabweisend ausgebildet sein.
  • Dadurch wird zum einen die Beständigkeit der Isolierung erhöht und zum anderen die Flanschverbindung gegenüber Flüssigkeiten und Fetten abgedichtet.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Triebstrangs ist vorgesehen, dass an der von dem Getriebe wegweisenden Seitenwand des Generatorgehäuses eine Bremsanlage für die Generatorwelle vorgesehen ist, und dass insbesondere die Generatorwelle eine mit der Bremsanlage zusammenwirkende Bremsscheibe trägt. Dies ermöglicht, dass durch insbesondere eine automatische Betätigung der Bremsanlage die Windrotordrehzahl beispielsweise bei Windböen innerhalb des gewünschten Drehzahltoleranzbereichs gehalten werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, den Windrotor für Wartungsarbeiten festzustellen.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Generator als permanentmagneterregter Generator ausgebildet ist. Dadurch entfällt die Erregerleistung und der Wirkungsgrad des Generators wird erhöht. Mit der großen Leistungsdichte verringert sich zudem die Masse des Generators bei gegebener Leistung, so dass insgesamt eine kompaktere Bauweise erreicht wird.
  • In zweckmäßiger Weise kann der Generator als Innenläufer ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung ist bei leistungsstarken Windenergieanlagen besonders effizient und einfach herzustellen. In gleicher Weise kann der Generator auch als Außenläufer ausgebildet sein.
  • Schließlich kann der Generator mit einer Drehzahl von etwa 450 min-1 bis 650 min-1 rotieren. Durch die verhältnismäßig niedrige Drehzahl des Generators kann im Vergleich zu der vorgenannten klassischen Getriebelösung, bei der Generatordrehzahlen von etwa 1000 min-1 bis 2000 min-1 erreicht werden, auf eine Getriebestufe verzichtet werden. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
    • Figur 1
    einen Ausschnitt eines Triebstrangs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Querschnittsansicht.
  • In der Figur 1 ist ein Ausschnitt eines Triebstrangs 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein solcher Triebstrang 1 ist ein Bestandteil einer Windenergieanlage und wandelt Rotationsenergie eines nicht dargestellten Windrotors in elektrische Energie um. Der Triebstrang 1 besteht aus einem Getriebe 2 mit einem Getriebegehäuse 3 und einem permanentmagneterregten Generator 4, der ein mit dem Getriebegehäuse 3 fest verbundenes Generatorgehäuse 5 aufweist. Eingangsseitig ist das Getriebe 2 über eine nicht dargestellte langsam laufende Antriebswelle mit dem Windrotor verbunden und wandelt in an sich bekannter Weise die niedrige Drehzahl und das hohe Drehmoment der Antriebswelle in eine hohe Drehzahl und ein niedriges Drehmoment um. Ausgangsseitig weist das Getriebe 4 eine schnell laufende Abtriebswelle 6 auf, die mit einer Generatorwelle 7 des Generators 4 drehfest verbunden ist. An den zueinander weisenden Enden der beiden Wellen 6, 7 sind Verbindungsflansche 8a, 8b angeordnet, die zwischen sich eine nicht dargestellte elektrische Isolierung aufweisen, die zusätzlich ölabweisend ausgebildet ist. Mit der Generatorwelle 7 ist ein Rotor 9 verbunden, der gegenüber einem feststehenden Stator 10 drehbar gehalten ist, um in an sich bekannter Weise die Rotationsenergie der Generatorwelle 7 in elektrische Energie umzuwandeln.
  • Das teilweise mit einem ölhaltigen Schmiermittel gefüllte Getriebegehäuse 3 umschließt zumindest eine Planetengetriebestufe mit einem Sonnenrad 11, über das die Abtriebswelle 6 antreibbar ist. Die Abtriebswelle 6 ist als Hohlwelle ausgebildet und trägt an ihrem zu der Generatorwelle 7 weisenden Endbereich eine Nabe 12, die durch eine Kurzverzahnung mit der Abtriebswelle 6 drehfest verbunden ist. Über die Nabe 12 ist die Abtriebswelle 6 durch zwei Kegelrollenlager 13 an dem Getriebegehäuse 3 gelagert. An diesem Endbereich ist über Formschluss der Verbindungsflansch 8a mit der Nabe 12 drehfest verbunden.
  • Zwischen dem Getriebegehäuse 3 und dem fest damit verbundenen Generatorgehäuse 5 ist eine Dichtung 14 vorgesehen, die hier als Labyrinthdichtung ausgebildet ist.
  • Die Generatorwelle 7 ist koaxial zu der Abtriebswelle 6 des Getriebes 2 angeordnet und ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet. An ihrem getriebefernen Ende ist die Generatorwelle 7 über ein Wälzlager 15 an dem Generatorgehäuse 5 gelagert. An diesem Bereich des Generatorgehäuses 5 ist auch eine Bremsanlage 16 für die Generatorwelle 7 angeordnet, die mit einer an dem getriebefernen Ende der Generatorwelle 7 angebrachten Bremsscheibe 17 zusammenwirkt.
  • Der mit der Generatorwelle 7 verbundene Rotor 9 weist mehrere Speichen auf. Alternativ zu der Ausführungsform des Generators 4 als Innenläufer kann auch ein Außenläufer vorgesehen sein.
  • Der Generator 4 umfasst zwei voneinander getrennte Kühlkreisläufe 18, 19, die jeweils mit einem wasserhaltigen Kühlmittel gefüllt sind. In der Figur 1 ist gut erkennbar, dass ein mit Pfeilen K gekennzeichneter innerer Kühlkreislauf, der sogenannte Rotorkühlkreislauf 18, den Freiraum zwischen den Speichen des Rotors 9 durchströmt und über einen nicht dargestellten Wellenlüfter, welcher an der Generatorwelle angebracht ist, über den radial äußeren Bereich des Generatorgehäuses 5 zwischen der Außenwand des Generatorgehäuses 5 und dem Stator 10 zurückgeführt wird.
  • Ein zweiter Kühlkreislauf, der sogenannte Statorkühlkreislauf 19, ist als Wassermantelkühlung entlang der Umfangsrichtung des Stators 10 an dessen Außenbereich ausgebildet. Der Statorkühlkreislauf 19 weist mehrere ringförmige, miteinander flüssigkeitsleitend verbundene Kühlmittelkanäle 20 auf, die über zwei nicht dargestellte Wasseranschlüsse einen geschlossen Kühlkreislauf bilden. In nicht dargestellter Weise kann zusätzlich das Getriebe 2 einen Kühlkreislauf aufweisen, der über die beiden Wasseranschlüsse des Statorkühlkreislaufes 19 mit diesem verbunden ist.
  • Der Rotorkühlkreislauf 18 ist entlang der Außenfläche des Statorkühlkreislaufes 19 thermisch derart mit diesem gekoppelt, dass ein Wärmeaustausch zwischen beiden Kühlkreisläufen 18, 19 stattfindet.
  • Zur Wandlung der Rotationsenergie des Windrotors in elektrische Energie wandelt zunächst das Getriebe 2 die niedrige Drehzahl und das hohe Drehmoment der Antriebswelle in eine hohe Drehzahl und ein niedriges Drehmoment der Abtriebswelle 6. Derart wird die Generatorwelle mit einer Drehzahl von etwa 450 min-1 angetrieben. Durch die Drehbewegung des Rotors 9 gegenüber dem feststehenden Stator 10 wird in an sich bekannter Weise elektrischer Strom erzeugt.
  • Die im Betrieb des Generators 4 entstehende Wärme wird im Bereich des Stators 10 über den Statorkühlkreislauf 19 und im Bereich des Rotors 9 über den Rotorkühlkreislauf 18 abgeleitet. Durch die thermische Kopplung der beiden Kühlkreisläufe 18, 19 findet ein Wärmeaustausch zwischen beiden Kühlkreisläufen 18, 19 statt.
  • Um den Anstellwinkel der Windrotorblätter zu dem Wind aktiv ändern und so vor allem den Windrotor aerodynamisch bremsen zu können, können durch die als Hohlwellen ausgebildete Eingangs-, Ausgangs- 6 und Generatorwelle 7 eine nicht dargestellte Anlage zur Pitchsteuerung geführt werden. Weiterhin kann über die Bremsanlage 16 die Windrotordrehzahl bei Windböen innerhalb des gewünschten Drehzahltoleranzbereichs gehalten oder der Windrotor für Wartungsarbeiten festgestellt werden.

Claims (18)

  1. Triebstrang (1) für eine Windenergieanlage mit einem Getriebe (2), das ein Getriebegehäuse (3) aufweist und über eine Antriebswelle mit einem Windrotor verbunden oder verbindbar ist, und einem Generator (2), der ein mit dem Getriebegehäuse (3) fest verbundenes Generatorgehäuse (5) aufweist, in dem wenigstens ein Stator (10) und wenigstens ein Rotor (9) vorgesehen sind, wobei der Rotor (9) mit einer an dem Getriebegehäuse (3) über Lager (13) gelagerten Abtriebswelle (6) des Getriebes (2) gekoppelt ist, die während des Betriebs schneller als die Antriebswelle läuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) eine koaxial zu der Abtriebswelle (6) des Getriebes (2) angeordnete und an dem Generatorgehäuse (5) über Lager (15) gelagerte Generatorwelle (7) aufweist, die über Verbindungsflansche (8a, 8b) mit der Abtriebswelle (6) des Getriebes (2) verbunden ist, wobei zwischen den Verbindungsflanschen (8) eine elektrische Isolierung vorgesehen ist, dass zwischen dem Getriebegehäuse (3) und dem Generatorgehäuse (5) eine Labyrinth- oder Spaltdichtung (14) vorgesehen ist, und dass der Reihe nach die Lager (13), die Labyrinth- oder Spaltdichtung (14) und der Verbindungsflansch (8a) an der Abtriebswelle (6) und sich daran anschließend der Verbindungsflansch (8b), der Rotor (9) und das Lager (15) an der Generatorwelle (7) gehalten sind.
  2. Triebstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verbindungsflansch (8a) der Abtriebswelle (6) formschlüssig, insbesondere mittels Welle/Nabeverbindung, auf der Abtriebswelle (6) sitzt.
  3. Triebstrang (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle (6) und/oder die Generatorwelle (7) als Hohlwellen ausgebildet sind.
  4. Triebstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10) einen Statorkühlkreislauf (19) aufweist.
  5. Triebstrang (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Statorkühlkreislauf (19) entlang der Umfangsrichtung des Stators (10) erstreckt, und insbesondere an dessen Außenbereich ausgebildet ist.
  6. Triebstrang (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkühlkreislauf (19) aus mehreren ringförmigen Kühlmittelkanälen (20) gebildet ist.
  7. Triebstrang (1) nach einem vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (9) einen Rotorkühlkreislauf (18) aufweist.
  8. Triebstrang (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkühlkreislauf (18) mit der von dem Stator (10) wegweisenden Außenfläche des Statorkühlkreislaufs (19) thermisch gekoppelt ist derart, dass ein Wärmeaustausch zwischen beiden Kühlkreisläufen stattfindet.
  9. Triebstrang (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenlüfter vorgesehen ist, der auf der Generatorwelle (7) sitzt und ausgebildet ist, um den Rotorkühlkreislauf (18) anzutreiben.
  10. Triebstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) einen Getriebekühlkreislauf aufweist.
  11. Triebstrang (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebekühlkreislauf mit dem Stator- oder Rotorkühlkreislauf (18, 19) flüssigkeitsleitend verbunden ist.
  12. Triebstrang (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium des Stator- und/oder des Rotor- und/oder des Getriebekühlkreislaufes (18, 19) jeweils ein wasserhaltiges Kühlmittel vorgesehen ist.
  13. Triebstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Getriebegehäuses (3) mit einem Schmiermedium, insbesondere einem ölhaltigen Schmiermedium gefüllt ist.
  14. Triebstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierung zwischen den beiden Verbindungsflanschen (8a, 8b) öl- und fettabweisend ausgebildet ist.
  15. Triebstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der von dem Getriebe (2) wegweisenden Seitenwand des Generatorgehäuses (5) eine Bremsanlage (16) für die Generatorwelle (7) vorgesehen ist, und dass insbesondere die Generatorwelle (7) eine mit der Bremsanlage (16) zusammenwirkende Bremsscheibe (17) trägt.
  16. Triebstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) als permanenterregter Generator ausgebildet ist.
  17. Triebstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) als Innenläufer ausgebildet ist.
  18. Triebstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) mit einer Drehzahl von etwa 450 min-1 bis 650 min-1 rotiert.
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